超光速1萬倍起的量子糾纏可傳遞信息？超光速是真，傳遞信息是假

最近寫了好幾篇量子力學的科普文，說實話，一般作者真是不願意觸碰量子力學。基本上不可能做到既嚴謹又通俗的程度，嚴謹和通俗不可兼得，就好像不確定性原理中的位置與動量信息不可兼得一樣。

科與普的界限在量子層面上很難拿捏。真正要搞懂量子力學起碼得博士水平，頭腦中基本都是符號和公式，壓根就沒有對應的日常邏輯加以輔助理解。

筆者作為理論物理專業出身，也深知科普量子力學的艱難。本篇文章結論目前在科學界基本沒有爭議，具體的解釋過程，我盡量通俗。

現在的量子力學被很多民科綁架了，並炮製了大量偽科學謠言。其中最大的謠言就是通過量子糾纏傳遞信息，甚至是宇宙航行。這種啼笑皆非的謠言曾誤導了很多科學愛好者。

我曾經用數學上的方式解釋過量子糾纏，感興趣的讀者可以翻翻我以前的文章。

今天重點不是科普量子糾纏原理，而主要強調量子糾纏為什麼不可以傳遞信息。隨便簡單提一下量子糾纏的概念。量子糾纏就是說：把兩個以上的粒子放在一個系統中，由於每個粒子都具有波函數，它們其中一些粒子的函數就會纏繞在一起，於是兩個粒子就共用新的函數，這就是糾纏粒子。即便你把兩個粒子分開，一個放在地球，另一個在太陽系外。對一個粒子測量，會同時影響到另一個粒子。至於為什麼會這樣，科學家們也爭論紛紛。但科學家比較認同這樣的觀點：在某種意義上，這兩個粒子其實是一個粒子，只不過在三維空間看起來是不同的個體而已。

在一對糾纏粒子中，對其中一個進行測量會同時引起另一個粒子的狀態改變，並且這種改變不受距離的限制。這種現象在愛因斯坦看來太詭異了，這是要突破光速的節奏啊。

於是愛因斯坦聯合波多爾斯基和羅森一起發難哥本哈根學派對量子力學的詮釋。他們三人的名字首位字母組合在一起就是EPR，於是我們也稱糾纏粒子為EPR對。

當然，量子糾纏的確超光速了，潘建偉教授曾經在青海做過量子糾纏的下限速度實驗，結果表明量子糾纏速度底線是光速的1萬倍，上限還不清楚。但大部分科學認為量子糾纏上限是無窮大的，用速度描述它已經沒有意義了。即便如此，量子糾纏仍卻不可以用來傳遞信息和能量，而並沒推翻相對論，這只是個科學史上的烏龍事件。

為什麼量子糾纏不可以傳遞信息呢？

我們首先做個實驗，我在地球上製備了一對糾纏粒子A和B。 現在我把A粒子放在地球上，通過宇宙飛船把B粒子運到火星上。地球和火星最近的距離5460萬公里，光起碼要走182秒。

A和B粒子其實不管相距多遠都處於糾纏態。

如果我們在地球上對A進行測量會同時改變火星上的B粒子。其實糾纏粒子無非處於四種bell基。通俗地說，就是00、01、10、11四種狀態，不測量A粒子你無法得知它的狀態。只要測量A，它就坍縮成四種狀態的其一。於此同時，B粒子也坍塌成其中之一的狀態。

我們換個更通俗的說法，不測量A或B，它們的自旋值處於上和下的疊加狀態。測量A後，發現它的自旋為上，那麼在火星上的B粒子自旋就同時變為下。

那好，我起碼知道了它們之間有關聯，我可以利用這種關聯傳遞信息嗎？

試試就知道了。在宇航員未出發時，我和他一起規定自旋為上代表0，自旋為下代表1。那麼我可以根據二進位傳遞所有信息了。比如我想告訴已經抵達火星的宇航員我的生日。比如6月初9，其十進位表達就是0609，轉化成二進位就是1001100001

我可以通過測量地球上的A粒子達到控制火星上B粒子的自旋方向(測量後，A和B的自旋方向相反)。

出發前，我就曾和宇航員約定自旋為上代表二進位的0，自旋為下代表1。

為了讓火星上的宇航員接收到1001100001的二進位信息串，我可以讓A粒子的自旋方向隨著時間變化成：上下下上上下下下下上，那麼火星上的B粒子自旋方向就同步變成：下上上下下上上上上下，他再按照約定好的讀取信息，那麼宇航員讀出的二進位數就是1001100001，轉化成十進位就是0609。

如果地球人對A粒子進行一秒一次自旋方向操控，那麼傳遞0609這樣的信息只需要十秒。而火星和地球的最近距離連光也得走180多秒，就這樣我們實現了超光速傳遞信息？

但你想得美！

自然規律否定了這種做法，因為對A進行測量得到的自旋方向永遠都是隨機的，你根本就無法按照自己的意願操控自旋方向。不測量糾纏粒子，A和B就處於糾纏的疊加狀態，測量導致疊加態坍縮，彼此確定成相反的自旋方向。但粒子的自旋結果都是隨機坍縮的，這就是量子不可克隆性質，也是量子加密通信的基礎原理之一。

量子糾纏的速度指的就是糾纏粒子相互作用的「速度」，理論上看，糾纏粒子是同時改變的。所以嚴格來說，速度對於量子糾纏來說已經沒有意義。

事實上，量子糾纏不可以傳遞信息和能量，故不違背相對論。因為狹義相對論只規定物質的運動速度不可突破光速，量子糾纏只是一種自然現象，並不存在什麼物質運動一說。

現代物理學告訴我們：物質可以傳遞信息，但速度不可以超光速。反之，自然現象可以超光速，但不能傳遞信息。比如某些頻率段的電磁波的相速度和早期宇宙膨脹速度都超光速，但都不可以傳遞信息。傳遞信息和超光速不可兼得。

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